Основные задачи робототехники

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Какую область науки и техники занимает робототехника?

Робототехника - область науки и техники, ориентированная на создание роботов и робототехнических систем, предназначенных для автоматизации сложных технологических процессов и операций, в том числе, выполняемых в недетерминированных условиях, для замены человека при выполнении тяжелых, утомительных и опасных работ.

2. Из чего состоит механизм?

Механизм любой машины состоит не из одного, а из нескольких тел, соединенных между собой так, чтобы движения рабочих органов машин было определенными. Каждые два звена (элементарные составляющие) механизма, сочлененные друг с другом, образуют кинематическую пару. Пары различаются формой и количеством связей, наложенных на сочлененные ими звенья. В пространственном движении тело имеет шесть степеней свободы и, следовательно, для придания движению определенности нужно наложить на него пять связей. Такое количество связей могут наложить шарнир, ползун, винт-гайка. Три степени свободы разрешает и, следовательно, накладывает три связи, сферический шарнир.

3. Что называется кинематической цепью?

Кинематической цепью называется последовательность связанных попарно звеньев. Механизм можно образовать не только из замкнутой кинематической цепи, но и из разомкнутой, примером является манипулятор и его прообраз - человеческая рука. С точки зрения механики рука представляет собой разомкнутую кинематическую цепь, состоящую из ряда звеньев (костей), связанных между собой кинематическими парами (суставами).

4. Что такое сервомеханизм?

Обратная связь позволила создать сервомеханизмы. Основная функция сервомеханизма заключается в создании переменного выходного сигнала той же переменной формы, какой обладает и переменный входной сигнал с тем условиям, что энергия, связанная с выходным сигналом, должна заимствоваться из местного источника, а не поставляться непосредственно входным сигналом. Таким образом, сервопривод является усилителем с обратной связью, в котором причина, приводящая систему в действие, зависит от разности выходного и входного сигнала.

5. Каковы основные определения робототехники?

РОБОТОТЕХНИКА - область науки и техники, связанная с созданием, исследованием и применением роботов. Робототехника охватывает вопросы проектирования, программного обеспечения, очувствления роботов, управления ими, а также роботизации промышленности и непромышленной сферы.

РОБОТ - многофункциональная перепрограммируемая машина, для полностью или частичного автоматического выполнения двигательных функций аналогично живым организмам, а также некоторых интеллектуальных функций человека. Под "перепрограммируемостью" понимают возможность замены, коррекции или генерации управляющей программы автоматически или при помощи человека. К роботам не относятся, в частности, автооператоры, а также копирующие манипуляторы и другие машины, управляемые только человеком - оператором.

ПРОМЫШЛЕННЫЙ РОБОТ - робот, предназначенный для выполнения технологических и (или) вспомогательных операций в промышленности.

Различают также в зависимости от специфики применения роботы непромышленного назначения, например, "пожарный робот", "сельскохозяйственный робот", "военный робот" и т.д.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОМЫШЛЕННЫЙ РОБОТ - промышленный робот для выполнения технологических переходов, операций, процессов, оснащенный рабочим или измерительным инструментом.

ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЙ ПРОМЫШЛЕННЫЙ РОБОТ - промышленный робот для обслуживания технологического оборудования, перемещения объектов, оснащенный захватным устройством.

СПЕЦИАЛЬНЫЙ РОБОТ - робот для выполнения одной операции одного вида.

СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЙ РОБОТ - робот для выполнения различных операций одного вида.

УНИВЕРСАЛЬНЫЙ РОБОТ - робот для выполнения различных операций различных видов.

ЖЕСТКОПРОГРАММИРУЕМЫЙ РОБОТ - робот, управляющая программа которого, введенная на этапе программирования, не может быть изменена в процессе работы в зависимости от функционирования робота и (или) контролируемых параметров рабочей среды.

АДАПТИВНЫЙ РОБОТ - робот, управляющая программа которого может автоматически меняться в процессе работы в зависимости от функционирования робота и (или) контролируемых параметров рабочей среды. Не следует смешивать понятия "адаптивный робот" и "очувствленный робот". Последний, обладая датчиками внешней информации, может не иметь средств автоматического изменения управляющей программы в процессе функционирования.

ИНТЕЛЛЕКТНЫЙ РОБОТ - робот, управляющая программа которого может полностью или частично формироваться автоматически в соответствии с поставленным заданием и в зависимости от состояния рабочей среды.

МАНИПУЛЯЦИОННЫЙ РОБОТ - робот для выполнения двигательных функций, аналогичных функциям руки человека.

СТАЦИОНАРНЫЙ МАНИПУЛЯЦИОННЫЙ РОБОТ - манипуляционный робот, закрепленный на неподвижном основании.

МОБИЛЬНЫЙ РОБОТ - робот, способный перемещаться в рабочей среде в соответствии с управляющей программой. "Мобильный робот" может быть снабжен манипулятором. К мобильным роботам не относятся передвижные манипуляционные роботы, которые могут быть оперативно перемещены в рабочей среде вручную или при помощи транспортных средств с ручным управлением.

РОБОТИЗИРОВАННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС - совокупность одного или нескольких промышленных роботов, другого технологического оборудования и оснастки для выполнения единого технологического процесса.

РОБОТОТЕХНИЧЕСКАЯ СИСТЕМА - комплекс роботов и соответствующего оборудования.

Такие системы разделяются на манипуляционные, мобильные и информационные.

6. Каковы причины повышения рентабельности применения роботов?

Появление в 70-х годах микропроцессорных систем управления позволило снизить стоимость роботов в три раза, сделав рентабельным их массовое внедрение в промышленность. Этому способствовали также следующие объективные предпосылки развития производства:

- рост затрат на рабочую силу;

- насыщение рынка товаров и обострение конкурентной борьбы;

- дефицит рабочих на опасных, тяжелых и монотонных работах;

- неполная загрузка оборудования;

- снижение рождаемости в развитых странах и повышение образовательного уровня;

- необходимость повышения качества продукции, экономии материалов и энергии.

7. Сколько поколений роботов Вы знаете?

Можно выделить четыре поколения роботов.

8. Чем отличаются между собой поколения роботов?

Роботы первого поколения - это роботы с программным управлением, предназначенные в основном для выполнения определенной, заранее запрограммированной последовательности операций, диктуемой тем или иным технологическим процессом. Управление роботами первого поколения осуществляется по жесткой программе, формируемой в режиме обучения с помощью оператора. Функциональные возможности роботов первого поколения ограничены малым ассортиментом датчиков и несовершенством системы программного управления. Применение роботов первого поколения возможно лишь при достаточно детерминированных и неизменных условиях. Для организации таких условий необходимо дополнительное технологическое оборудование, стоимость которого зачастую сравнима со стоимостью самого робота.

Роботы второго поколения - это роботы с адаптивным управлением. Они отличаются от роботов первого поколения существенно большим ассортиментом датчиков внешней информации и более сложной самонастраивающейся системой автоматического управления, построенной на базе микропроцессорной техники и управляющей ЭВМ. Система очувствления формирует сигналы обратной связи для системы управления, которая, обрабатывая полученную информацию. синтезирует и корректирует закон управления механизмами робота с учетом реально сложившейся обстановки. Закон управления может иметь ситуационный характер и тогда его синтез сводится к формированию связей «класс ситуаций - действие». Более совершенным является такой способ управления, при котором сенсорное управление дополняется алгоритмом автоматической самонастройки его параметров.

Роботы второго поколения значительно превосходят по своим возможностям роботы первого поколения благодаря возможности воспринимать внешнюю обстановку, анализировать сенсорную информацию и приспосабливаться к изменяющимся условиям эксплуатации. Такие роботы могут манипулировать неориентированными деталями, осуществлять сложные сборочные операции, реагировать на препятствия в рабочей зоне.

Третье поколение - это роботы с интеллектуальным управлением от ЭВМ. Они принципиально отличаются от роботов второго поколения сложностью функций и совершенством системы автоматического управления, включающей в себя те или иные элементы искусственного интеллекта. Такие роботы предназначены не столько для имитации физических действий человека, сколько для автоматизации его интеллектуальной деятельности.

Отличительной чертой интеллектуальных роботов является их способность к обучению на опыте и адаптации в процессе решения задач. В общем случае интеллектуальный робот способен вести диалог с человеком, формировать в себе модель производственной обстановки. Распознавать и анализировать ситуации, обучаться понятиям и навыкам, планировать поведение, строить программные движения двигательной системы и осуществлять их надежную отработку в условиях препятствий и неполной информированности об изменяющихся производственных условиях.



9. Каковы этапы развития робототехники?

Со времени появления первого промышленного робота прошло три бума роботизации. Первый начался в 1968 г. с применением микропроцессоров для управления роботами и быстро закончился из-за ненадежности и несовершенства роботов первого поколения. Второй бум связан с появлением адаптивных роботов в 1972 г., когда возможности робототехники начали расширяться. Появление в 1980 г. роботов с элементами искусственного интеллекта стало началом третьего бума промышленной робототехники.

10. Что представляет собой наука мехатроника?

Мехатроника - это область науки и техники, основанная на синергетическом объединении узлов точной механики с электронными, электротехническими и компьютерными компонентами, обеспечивающая проектирование и производство качественно новых модулей, систем и машин с интеллектуальным управлением их функциональными движениями.

11. Какими характеристиками отличаются интеллектуальные роботы?

Отличительной чертой интеллектуальных роботов является их способность к обучению на опыте и адаптации в процессе решения задач.

12. Чем отличаются роботы второго поколения?

Роботы второго поколения - это роботы с адаптивным управлением. Они отличаются от роботов первого поколения существенно большим ассортиментом датчиков внешней информации и более сложной самонастраивающейся системой автоматического управления, построенной на базе микропроцессорной техники и управляющей ЭВМ. Система очувствления формирует сигналы обратной связи для системы управления, которая, обрабатывая полученную информацию. синтезирует и корректирует закон управления механизмами робота с учетом реально сложившейся обстановки. Закон управления может иметь ситуационный характер и тогда его синтез сводится к формированию связей «класс ситуаций - действие». Более совершенным является такой способ управления, при котором сенсорное управление дополняется алгоритмом автоматической самонастройки его параметров.

13. Что понимается под гибкостью роботов?

Под гибкостью роботов понимают способность их управляющей системы быстро перестраиваться на выполнение новых операций путем перепрограммирования движений роботов в режиме обучения их управляющей системы.

14. Как классифицируются кинематические пары?

Кинематические пары классифицируют по числу связей (ограничений), налагаемых парой на относительное движение звеньев (классификация И. И. Артоболевского) на кинематические пары пятого, четвертого, третьего, второго и первого классов (рис. 2.3).



Рис. 2.3. Примеры кинематических пар.

15. Как определить степень подвижности манипулятора?

Под степенями подвижности манипулятора (степенями свободы) понимают обобщенные координаты, определяющие в пространстве положения его звеньев. Число степеней подвижности манипулятора n определяется по формуле

где к - число подвижных звеньев; Р_i - число кинематических пар i-го класса.

Например, в рассматриваемом случае манипулятор, изображенный на рис. 2.5 содержит 5 подвижных звеньев (исключая неподвижное основание и внутреннее подвижное звено в захвате), образующих 5 кинематических пар 5-го класса. Поэтому n = 6*5 - 5*5 = 5.

робототехника кинематический манипулятор

16. Каковы базовые системы координат манипулятора?

Компоновка манипулятора зависит от выбранной системы координат его функционирования. С этой точки зрения различают манипуляторы, работающие в декартовой, цилиндрической, сферической и ангулярной (угловой) системах координат.

Число степеней подвижности и каждое движение робота обеспечивается соответствующей кинематической схемой его механизмов. Кинематические схемы роботов имеют определенные структуры кинематики рук и кисти, которые зависят от вида и последовательности расположения вращательных (В) и поступательных (П) кинематических пар.

Разработана классификация кинематических структурных схем руки и манипуляторов, состоящая из пар:

1 - ВВВ, трех вращательных;

2 - ВВП, двух вращательных и одной поступательной;

3 - ПВП, ВПП, ППВ, двух поступательных и одной вращательной;

4 - ППП - трех поступательных

17. В чем сущность прямой задачи кинематики манипуляторов?

Решается прямая и обратная задачи о положении манипуляторов. Прямая задача состоит в расчете положения манипулятора (рабочего органа Р и всех звеньев) по заданным относительным перемещениям q_i в кинематических парах. При этом определяется либо конечное число положений, либо перемещение во времени q_i(t). Таким образом, в прямой задаче рассчитывают геометрические характеристики рабочей зоны робота при конструктивных ограничениях диапазонов возможного изменения обобщенных координат, точностные характеристики позиционирования и движения при заданных исходных погрешностях элементов, а также сервисные характеристики.



18. В чем сущность обратной задачи кинематики манипуляторов?

Обратная задача состоит в определении обобщенных координат q_i по заданному в опорной системе координат (x, y, z) положению рабочего органа Р или любого звена манипулятора. При этом, как и в прямой задаче, речь может идти о конечном числе положений, либо о законе движения рабочего органа x(t), y(t), z(t) для которого вычисляются законы изменения обобщенных координат q_i(t) звеньев. В аналогичных постановках решаются задачи об определении линейных и угловых скоростей и ускорений рабочего органа Р и звеньев манипулятора.

19. Какие звенья входят в конструкцию манипулятора

Твердые тела, входящие в состав исполнительного механизма и являющиеся функциональными элементами его кинематической цепи называются звеньями. Звено исполнительного механизма конструктивно может состоять из нескольких деталей, не имеющих между собой относительного движения.

Соединение двух соприкасающихся звеньев, допускающих их относительное движение, называется кинематической парой. Совокупность поверхностей, линий и точек звена, входящих в соприкосновение (контакт) с другим звеном пары, называется элементом пары. Для того, чтобы элементы пары находились в постоянном соприкосновении, пара должна быть замкнута геометрическим (за счет конструктивной формы звеньев) или силовым (силой тяжести, пружиной, силой давления жидкости или газа и т.п.) способом.



Рис. 2.2. Кинематические пары: а) простые, б) сложные\

Звенья манипулятора соединяются друг с другом с помощью кинематических пар пятого порядка (по классификации теории механизмов и машин), вращательных и поступательных. Каждое звено имеет свое наименование. Так, с неподвижным основанием связана колонна, с колонной связана каретка, с кареткой - рука, с рукой - кисть, с кистью - захват (рис.2.5).

Рис. 2.5. Кинематика манипулятора промышленного робота.

20. Что собой представляет структура манипулятора?

Рис.2.1. Структура промышленного робота



Манипулятор - управляемое устройство или машина для выполнения двигательных функций, аналогичных функциям руки человека при перемещении объектов в пространстве, оснащенное рабочим органом.

Манипулятор помимо собственной манипуляционной системы содержит рабочий орган, привод и устройство передвижения. Та часть устройства управления, которая вырабатывает управляющие сигналы для привода, рабочего органа, устройства передвижения, называется блоком управления. Последовательность управляющих сигналов формируется в ЭВМ на основании программы, предварительно записанной в нее оператором через систему связи, и с учетом сигналов, поступающих от датчиков информационно-измерительной системы.

21. В какой системе координат работает манипулятор, выполненный по схеме ВПП?

В том случае, когда П=2, В=1, рабочая зона ПР приобретает цилиндрическую форму, вернее форму неполного цилиндра (рис.2.9).

Рис. 2.9. Цилиндрическая система координат.

22. В какой системе координат работает манипулятор, выполненный по схеме ППП?

Характер переносных степеней подвижности (поступательных и вращательных) определяет базовую систему координат манипулятора. Если поступательных переносных степеней подвижности три (П=3), а вращательных вообще нет (В=0), то базовая система координат является прямоугольной, а рабочая зона имеет форму параллелепипеда (рис.2.8).

Рис.2.8. Прямоугольная система координат.

23. В какой системе координат работает манипулятор, выполненный по схеме ВВВ?

При П=0, В=3 получают ангулярную (угловую) базовую систему координат ,, (рис.2.11).

Рис. 2.11. Ангулярная система координат.

Такая система координат наиболее универсальна, обеспечивает обслуживание наибольшего объема рабочей зоны и позволяет строить ПР, обладающие максимальной антропоморфностью.



24. По каким признакам классифицируются промышленные роботы?

Одним из основных классификационных признаков, определяющих структуру, состав, внешний вид, эксплуатационные характеристики современных роботов, является область их использования. Классификация по этому признаку приведена на рис. 3.1.

Рис.3.1. Классификация промышленных роботов.

Промышленные роботы классифицируют:

1. По характеру выполняемых операций:

технологические (производственные) - выполняют основные операции технологического процесса (гибка, сварка, сборка, окраска и т.д.);

вспомогательные (подъемно - транспортные) - применяют при обслуживании основного технологического оборудования для автоматизации вспомогательных операций (установки

- снятия заготовок, деталей и инструмента, а также на транспортно - складских операциях);

универсальные - выполняют различные операции и в том числе работы совместно с различными видами оборудования.

2. По степени специализации:

специальные - выполняют определенную технологическую операцию или обслуживают конкретную модель основного технологического оборудования;

специализированные (целевые) - выполняют технологические операции одного вида (сборка, сварка и т.д.) или обслуживают широкую номенклатуру моделей основного технологического оборудования, объединенных общностью манипуляционных действий;

многоцелевые - выполняют различные основные и вспомогательные операции.

3. По области применения и виду производства: литейные, штамповочные, сварочные, механической обработки, термообработки, нанесения покрытий, сборочные, автоматического контроля, лазерной обработки, транспортно -складские и прочие.

4. По виду систем координат, в которых они работают: прямоугольная (плоская и пространственная); полярная (плоская, цилиндрическая и сферическая); ангулярная или угловая (плоская, цилиндрическая и сферическая).

5. По числу степеней подвижности: с одной, двумя, тремя, четырьмя степенями подвижности и со степенями подвижности более четырех.

6. По грузоподъемности: сверхлегкие - грузоподъемность до 1 кг; легкие - свыше 1 до 10 кг; средние - свыше 10 до 200 кг; тяжелые - свыше 200 до 1000 кг; сверхтяжелые - свыше 1000 кг.

7. По мобильности (подвижности): стационарные и подвижные.

8. По способу установки на рабочем месте: встроенные в оборудование, напольные, подвесные.

9. По типу силового привода: электромеханические, пневматические, гидравлические, комбинированные.

10. По месту расположения приводов: в едином блоке, на подвижных звеньях, комбинированная компоновка.

П. По количеству манипуляторов: с одним, двумя, тремя и четырьмя манипуляторами.

12. По исполнению: нормального, пылезащитного, теплозащитного, влагозащитного, взрывобезопасного и т.д. исполнения.

3. По быстродействию: малое - линейные скорости по отдельным степеням подвижности до 0,5 м/с; среднее - линейные скорости свыше 0,5 до 1 м/с; высокое - линейные скорости свыше 1 м/с;

14. По точности позиционирования: малая - погрешность позиционирования до 1 мм и выше; средняя - погрешность позиционирования от 0,1 до 1 мм; высокая - погрешность позиционирования менее 0,1 мм.

15. По характеру отработки программы: жесткопрограммируемые - программа действий содержит полный набор информации не изменяющейся в процессе работы; адаптивные -осуществляют свои действия с использованием информации об объектах и явлениях внешней среды, полученной в процессе работы. Имеют сенсорное обеспечение, позволяющее корректировать управляющую программу; гибкопрограммируемые - способны формировать программу своих действий на основе поставленной цели и информации об объектах и явлениях внешней среды.

16. По характеру программирования: позиционные - движение осуществляется от точки к точке; контурные - движение осуществляется по непрерывной траектории; комбинированные.

17. По дискретности перемещения: многоточечные, малоточечные.

25. По каким параметрам выбираются модели промышленных роботов?

Номинальная грузоподъемность m_н (кг) представляет собой наибольшую массу объекта манипулирования вместе со схватом, которая гарантирует захватывание и удержание объекта и обеспечивает установленные эксплуатационные характеристики робота.

Число степеней подвижности робота n, под которым подразумевается число степеней свободы рабочего органа относительно звена, принятого за неподвижное, без учета движения губок схвата.

Диапазоны перемещений по степеням подвижности: S_i (мм), ц_i (рад).

Скорости перемещения по степеням подвижности: максимальные скорости V_max (м/с), щ_max (1/с). Средняя (цикловая) скорость характеризует производительность робота и равна значению перемещения, деленному на время движения между позициями.

Максимальное ускорение по степеням подвижности: a_max (м/с²), е_max (град/с²).

Погрешность позиционирования рабочего органа Д (мм) - отклонение фактического положения схвата от заданного программой. Различают роботы с малой точностью позиционирования (Д › ± 1 мм), способные выполнять транспортные и некоторые основные технологические операции (окраску), не требующие высокой точности; роботы со средней точностью позиционирования (0,1?Д?1 мм), которые находят самое широкое применение; роботы с высокой точностью позиционирования (Д?0,1 мм), применяемые для прецизионной сборки.

Кинематическая структура манипулятора определяет число звеньев и тип кинематических пар их соединения.

Рабочая зона робота - пространство, в котором может находиться его рабочий орган.

Объем рабочей зоны V_рз (м³) - объем, заключенный внутри границ рабочей зоны.

Тип системы координат определяется сочетанием кинематических пар.

Тип системы программного управления (СПУ)определяется способом позиционирования (цикловой, позиционный, контурный) и типом применяемых аппаратных средств.

Объем памяти СПУ представляет собой число кадров программы. Под кадром понимают минимальный элемент программы, состоящий из определенной группы команд и адресов, по которым выполняются команды и обеспечивается проверка их выполнения.

Габаритные размеры L, B, H (м).

Масса робота, манипулятора, СПУ соответственно m_p, m_м, m_СПУ (кг).

Средняя наработка на отказ t (час) - показатель ремонтопригодности, равный среднему значению времени, затраченному на отыскание и устранение одного устойчивого отказа при работе робота.

Средний срок сохраняемости t_сохр (ч) - показатель, равный среднему значению календарной продолжительности хранения робота.

Средний ресурс t_р (ч) - показатель долговечности; рассчитывается как среднее значение времени использования до принятого предельного состояния (капитального ремонта, списания). Чаще всего значение среднего ресурса устанавливается до капитального ремонта.

26. Какие поколения роботов Вы знаете?

По типу системы управления промышленные роботы делятся на три поколения: программные, адаптивные и интеллектные (с элементами искусственного интеллекта).

В роботах первого поколения перепрограммирование производится человеком, после чего промышленный робот действует автоматически, многократно повторяя жестко заданную программу.



Рис.3.2. Структура робота первого поколения.

Во втором поколении программы действия промышленного робота задаются человеком, но сам робот имеет свойство в определенных рамках перепрограммироваться (адаптироваться) в ходе технологического процесса в зависимости от обстановки, которая неточно определена заранее.

Рис.3.3. Структура робота второго поколения

В третьем поколении задание на работу вводится человеком в более общей форме, а сам промышленный робот имеет возможность принимать решение и планировать свои действия в распознаваемых им неопределенной или меняющейся обстановке, чтобы суметь выполнить заложенное в его память задание.



Рис.3.4. Структура робота третьего поколения.

27. В чем сущность агрегатно-модульного построения промышленных роботов?

Агрегатно-модульный принцип предполагает создание ПР на базе унифицированных узлов, или модулей. Этот метод имеет следующие преимущества:

возможность построения специальных и специализированных роботов для конкретной технологической операции, не обладающих избыточностью функций и поэтому более дещевых по сравнению с универсальными роботами;

сокращение времени и трудоемкости проектирования специальных роботов, т.к. они создаются на базе унифицированных узлов, номенклатура которых может пополняться

повышение надежности вследствие отработанности входящих в него унифицированных узлов и отсутствия избыточности;

удешевление производства роботов вследствие ограниченной номенклатуры деталей и узлов и, следовательно, повышение серийности выпуска

Улучшение условий эксплуатации и ремонта роботов, вследствие уменьшения разнообразия конструкций узлов и деталей;

сокращение сроков подготовки обслуживающего персонала.

28. Как расшифровать модель робота СМ40Ц1216?

Позиция в коде	Классификационный признак	Рекомендуемые обозначения
1	Целевое назначение и функциональные возможности	Г, Л, К, С, У
2	Вид оборудования	М
3	Грузоподъемность, кг	1;2,5; 5; 10; 20; 40; 80; 160; 250;500.
4	Тип системы	Ц, Ф2, Ф3, Ф4
5	Компоновочная схема	00-99
6	Конструктивное исполнение (модификация)	00-99

В соответствии с приведенной классификацией обозначение робота модели СМ40Ц.12.16 можно расшифровать следующим образом: СМ - автоматический манипулятор для обслуживания металлорежущих станков; 40 - грузоподъемность, кг; Ц - цикловое программное управление; 12 - индекс схемы компоновки(в данном случае он указывает, что робот работает в полярной системе координат); 16 - конструктивное исполнение

29. Из каких модулей комплектуются роботы?

Исполнительный модуль

Модуль-привод

Модуль устройства управления

Мехатронный модуль движения (ММД)

Интеллектуальный мехатронный модуль (ИММ)



30. В чем преимущества модульного построения роботов?

Разновидностью агрегатно-модульного принципа построения роботов является модульный принцип. В этом случае роботы проектируют на базе функциональных модулей, включающих все необходимые механизмы, приводы, датчики обратной связи, энергетические и информационные коммуникации, необходимые для работы модуля.

31. В чем состоят преимущества пневмопривода?

Пневматический привод прост, надежен, дешев. Он отличается высоким быстродействием (до 1000 мм/с при линейном перемещении), но имеет серьезный недостаток, связанный с плохой управляемостью из-за используемого типа энергоносителя.

Грузоподъемность ПР с пневмоприводом невелика - до 20 кг. Однако благодаря своим достоинствам этот тип привода получил широкое распространение, 40-50% мирового парка роботов используют пневмопривод.

Важной особенностью пневмопривода является то, что он, как правило, легко совмещается со звеньями манипулятора, обеспечивая тем самым непосредственное воздействие на них. Например, для поступательной кинематической пары 5-го класса можно использовать конструкцию привода, приведенную на рис.4.3.

Рис.4.3. Схема пневмоцилиндра.

В этой конструкции два элемента привода гильза 1 и шток 2, жестко связанный с поршнем 3, одновременно являются перемещающимися друг относительно друга звеньями манипуляционной системы ПР. Перемещение достигается путем изменения давлений Р₁ и Р₂ в левой и правой полостях пневмоцилиндра. Для лучшей изоляции этих полостей друг от друга между поршнем и гильзой помещается резиновое уплотнение 4.

32. Что представляет собой гидропривод дроссельного регулирования?

Схема гидравлического привода дроссельного управления с насосом переменной производительности показана на рис. 4.8.

Рис. 4.8. Гидропривод с насосом переменной производительности.

Рабочая жидкость забирается насосом из бака 1 через фильтр 2 с помощью насоса 3. Там имеется электродвигатель 5 и регулятор подачи насоса 4. Затем рабочая жидкость проходит фильтр тонкой очистки 6. Пневмогидравлический аккумулятор 7 служит для стабилизации давления в нагнетающей магистрали при резких его изменениях.



33. Какие устройства предназначены для изменения направления движения гидропривода?

Гидродвигатель состоит из золотникового распределителя (8,10) и силового цилиндра 9 или гидромотора 11. Дросселирование потоков рабочей жидкости достигается путем изменения проходных сечений золотникового распределителя. Проходное сечение зависит от положения кромки золотника относительно проточки золотниковой втулки. Величиной проходного сечения, т.е. смещением золотника, определяется скорость перемещения гидродвигателя. Для улучшения характеристик данного типа привода в последнее время широкое применение находят приводы с пропорционально-дроссельным регулированием.

Рис. 4.8. Гидропривод с насосом переменной производительности.

В этих приводах положение и скорость подвижной части гидропривода 9 или силового гилроцилиндра 10 регулируются не дроссельными золотниковыми устройствами, а с помощью изменения подачи гидронасоса 5 (с электромотором 4) по соответствующим командам управления. При этом насос 5 обладает реверсированием. Подача этого гидронасоса управляется микрогидроприводом дроссельного управления 6, питаемого через фильтр 3 гидронасосом постоянной подачи 2 из емкости рабочей жидкости 1. Насосом 2 производится подпитка всей системы через клапаны 7.



34. Какие типы электроприводов применяются в промышленных роботах?

В исполнительном устройстве привода применяются различные типы электродвигателей (рис.4.10).

Рис. 4.10 Классификация электродвигателей.

35. Как классифицируются приводы роботов?

Рис.4.2. Классификация приводов.

36. В чем сущность циклового программного управления роботами?

Цикловой режим программного управления является наиболее простым (рис. 5.4). Он применяется, как правило, в тех случаях, когда по каждой из n степеней подвижности q_i (i =1, 2, …n) робота возможно позиционирование лишь в двух крайних точках q_iн, q_iк, где соответствующие индексы Н, К означают начальное и конечное положения соответствующих подвижных элементов.

Рис. 5.4. Робот с цикловой системой программного управления.

Для перевода i-го звена в состояние q_iн необходимо на его привод подать нулевой управляющий сигнал U_i = 0. Для перевода этого звена в состояние q_iк на тот же привод необходимо подать сигнал U_i = 1. Причем при переходе робота в новое состояние при неизменном управляющем векторе U = (U₁, …,U_n) данное состояние остается неизменным.

При организации циклового управления роботом могут быть использованы довольно простые автоматы, построенные на элементах цифровой вычислительной техники. Такие автоматы включают: память последовательности кодов требуемых состояний робота, память последовательности временных интервалов, т.е. тех интервалов времени, в которых управляющие векторы остаются неизменными, временное устройство и блок управления переходами.

37. Какова область применения позиционных систем программного управления?

Позиционные системы управления роботами относятся к общему классу систем автоматического управления. Основными техническими характеристиками систем управления, относящихся к данному классу являются: число управляемых координат 3-8, объем памяти программ (кадров) 100-2500, число технологических команд обмена информацией с внешним оборудованием 15-128, тип привода следящий или дискретный. По способу обработки информации (последовательная или параллельная) позиционные системы строятся по структуре с центральным вычислителем и с децентрализованной структурой, когда вычислитель входит в состав каждого координатного блока.

38. Какова область применения контурных систем программного управления?

Системы контурного управления предназначены для осуществления движения захватного устройства по непрерывной траектории. Это необходимо, например, при автоматизации таких операций, как дуговая сварка, окраска, абразивная зачистка облоя, а также для сложных сборочных операций.

39. Какие команды содержит кадр в системах позиционного управления?

Система команд такова: открыть и закрыть схват; выдержка времени; число одновременно выполняемых команд; начало и конец кадра; номер звена, которое должно двигаться; команды условного перехода, ветвлений и др.

40. В чем сущность адаптивного управления роботами?

Адаптивной системой управления называется система управления, обладающая способностью автоматически приспосабливаться к определенным изменениям, происходящим во внешней среде и в самой системе в процессе функционирования.

Это достигается за счет того, что в алгоритмах адаптивного управления используется соответствующая текущая информация о состоянии внешней среды. Примерами таких операций, требующих адаптивного управления, являются: работа с неориентированными объектами, взятие хрупких предметов с регулированием усилия сжатия, выбор определенного объекта по внешним признакам из множества других объектов и т.п.

41. В чем сущность интеллектуального управления роботами?

Интеллектуальное (интеллектное) управление - это дальнейшее развитие и усложнение адаптивного управления в его программной части, в результате чего действия робота приобретают элементы творчества, т.е. носят интеллектуальный характер подобно действиям человека.

Необходимым признаком интеллектуальных систем является способность планировать свои действия для достижения определенной заданной цели. Для этого система должна уметь создавать модель внешней среды - модель мира (применительно к тем целям, которые стоят перед системой).

42. На какие группы подразделяются информационные системы роботов?

Информационные системы роботов можно разделить по функциональному признаку на две группы: датчики состояния манипулятора и системы очувствления. К первым относятся датчики положения, скорости, крутящего момента. Вторую группу составляют сенсорные устройства.



43. Что представляют собой датчики обратной связи?

В последнее время в следящих приводах роботов чаще стали применяться цифровые датчики обратной связи - импульсные фотоэлектрические и кодовые. Схемы их первичных элементов показаны соответственно на рис. 2.5, а и б. Поворот диска импульсного датчика с делениями на его периферии фиксируется в виде импульсов фотоэлектрическим элементом, который передает их через счетчик импульсов в систему управления робота. Таким образом, подсчетом числа импульсов измеряются приращения угловых перемещений вала. Числом импульсов в единицу времени может здесь измеряться и угловая скорость вращения. Импульсные датчики имеют различные конструкции и принципы (фотоэлектрические, индуктивные и др.).

Кодовый датчик содержит диск, на котором нанесен двоичный код, считываемый фотоэлектрическим устройством. Для компактности конструкции выполняются кодовые датчики, в которых вместо одного большого диска устанавливаются несколько маленьких, соединенных точной механической передачей. Кодовый датчик способен определять не только приращения угловых перемещений, как импульсный, но и положение вала в неподвижном состоянии. Точность датчика зависит от разрядности цифрового двоичного кода. Кодовый датчик значительно дороже импульсного.

44. В чем сущность силомоментного очувствления роботов?

Силомоментные системы очувствления - это сенсорные устройства, обеспечивающие изменение компонент вектора силы и вектора момента сил, развиваемых роботом в процессе взаимодействия с изделием в проекции на некоторую систему координат.



45. Для чего применяют локационные датчики?

Локационными системами очувствления называются сенсорные устройства, позволяющие роботу, используя принципы пассивной или активной локации, обнаруживать подвижные и неподвижные объекты, координаты которых известны с большой погрешностью, определять их местонахождение, а также осуществлять наведение и захват этих объектов.

46. Что такое тактильное очувствление?

Тактильными называют такие системы очувствления, которые позволяют роботу зарегистрировать факт касания с объектом, определить положение точек касания и измерить контактные силы в каждом из них. Технические аналоги осязательных сенсоров - тактильные системы очувствления могут быть построены с использованием различных физических эффектов: пьезоэлектрического, электромагнитного, магнитоэлектрического и др. Чаще всего тактильными датчиками покрывают внутренние и внешние поверхности губок захватного устройства.

Устройство пропорциональной тактильной матрицы показано на рис. 6.3.

Рис.6.3. Схема пропорциональной тактильной матрицы.

47. Какова область применения СТЗ в промышленных роботах?

Системами технического зрения называют такие сенсорные устройства, которые обеспечивают получение изображения рабочей сцены, его преобразование, анализ, обработку с помощью микроЭВМ или микропроцессора и передачу результатов измерения управляющему устройству робота или ЭВМ вышестоящего уровня управления (рис.6.5.). Необходимость работы в реальном масштабе времени, т.е. обрабатывать и анализировать получаемые изображения быстро, не вызывая задержки в действиях робота или другого технологического оборудования, - важное требование, налагающее известные ограничения на выбор технических решений при создании систем технического зрения.

Рис. 6.5. Схема системы технического зрения.

Размещено на Allbest.ru